pyvista

PyVista - 3D 可視化

クイックリファレンス

import pyvista as pv

mesh = pv.read('model.vtk')
plotter = pv.Plotter()
plotter.add_mesh(mesh, scalars='property', cmap='viridis')
plotter.show()

主なクラス

クラス	用途
pv.Plotter	メインの可視化ウィンドウ
pv.PolyData	サーフェスメッシュ、点群
pv.StructuredGrid	規則的な3Dグリッド
pv.UnstructuredGrid	不規則なメッシュ
pv.ImageData	3Dボクセルデータ（地震探査）

基本操作

メッシュの読み込みと表示

mesh = pv.read('model.vtk')
plotter = pv.Plotter()
plotter.add_mesh(mesh, scalars='lithology', cmap='Set1')
plotter.show()

構造格子の作成（サーフェス）

x, y = np.meshgrid(np.arange(-10, 10, 0.5), np.arange(-10, 10, 0.5))
z = np.sin(np.sqrt(x**2 + y**2))
grid = pv.StructuredGrid(x, y, z)
pv.Plotter().add_mesh(grid, scalars=z.ravel(), cmap='terrain').show()

点群の可視化

cloud = pv.PolyData(np.random.rand(1000, 3) * 100)
cloud['depth'] = cloud.points[:, 2]
pv.Plotter().add_mesh(cloud, scalars='depth', point_size=5,
                      render_points_as_spheres=True).show()

ボリュームレンダリング（地震探査）

grid = pv.ImageData(dimensions=(nx+1, ny+1, nz+1), spacing=(25, 25, 10))
grid.cell_data['amplitude'] = data.ravel(order='F')
pv.Plotter().add_volume(grid, cmap='seismic', opacity='sigmoid').show()

ボリュームのスライス

volume = pv.read('seismic.vti')
slice_x = volume.slice(normal='x', origin=volume.center)
pv.Plotter().add_mesh(slice_x, cmap='seismic').show()

坑井経路の可視化

points = np.column_stack([x, y, z])  # Well trajectory
tube = pv.Spline(points, 500).tube(radius=5)
pv.Plotter().add_mesh(tube, color='brown', label='Well').add_legend().show()

複数のサーフェスの結合

plotter = pv.Plotter()
plotter.add_mesh(horizon1, color='gold', opacity=0.7, label='Top')
plotter.add_mesh(horizon2, color='blue', opacity=0.7, label='Base')
plotter.add_mesh(fault, color='red', opacity=0.5, label='Fault')
plotter.add_legend().show()

出版用にエクスポート

plotter = pv.Plotter(off_screen=True)
plotter.add_mesh(mesh, cmap='terrain')
plotter.screenshot('figure.png', scale=3)   # High-res image
plotter.export_html('model.html')           # Interactive HTML

カラーマップ

マップ	使用例
terrain	地形、標高
seismic	地震波振幅（発散型）
viridis	一般的な科学用途
Set1, Set2	カテゴリ別（岩相）

対応形式

.vtk、.vtu、.vti、.vtp、.stl、.obj、.ply（読み書き）

使用する場面と代替手段

ツール	最適な用途	制限事項
pyvista	Pythonらしい3D可視化、VTKラッパー、メッシュ操作、スクリプト作成	ディスプレイまたはオフスクリーンバックエンドが必要
Mayavi	科学向け3D可視化、ボリュームレンダリング	依存関係が重く、開発があまり活発ではない
ParaView	大規模な3DデータセットをGUIで対話的に調査	GUI中心で、スクリプト機能は二次的
matplotlib 3D	シンプルな3D散布図／サーフェスプロット	対話性に限界があり、真の3Dエンジンではない

次の場合は pyvista を使用してください。 地質モデル、メッシュ、または点群を、 VTKの機能とPythonらしいAPIを使ってプログラムから3D可視化する必要がある場合。

次の場合は代替手段を検討してください。 大規模モデルを調査するための完全なGUIが必要な場合 （ParaViewを使用）、従来の科学可視化が必要な場合（Mayaviを使用）、またはシンプルな 3D散布図だけが必要な場合（matplotlib 3Dを使用）。

一般的なワークフロー

複数のサーフェスを含む3D地質モデルの可視化

• 各サーフェス／層準のメッシュファイルを pv.read() で読み込む
• pv.Plotter() でプロッターを作成する（スクリプトでは off_screen=True を使用）
• plotter.add_mesh() で各サーフェスを追加し、色と不透明度を変える
• pv.Spline().tube() で坑井経路をチューブとして追加する
• plotter.add_axes() と plotter.add_legend() で軸と凡例を追加する
• 希望する視点になるようカメラ位置を設定する
• plotter.screenshot() でスクリーンショットを、または plotter.export_html() でHTMLをエクスポートする

ヒント

• バッチ処理では off_screen=True を使用する
• 出版用には plotter.add_axes() で軸を追加する
• 対話的な共有にはHTMLにエクスポートする
• 不透明度を使って内部構造を表示する

参考資料

• メッシュの種類 - PyVistaのメッシュクラスと、それぞれの使いどころ
• プロットオプション - Plotterの設定とレンダリングオプション

スクリプト

• scripts/visualize_surface.py - ファイルから地質サーフェスを可視化